JP6765499B2

JP6765499B2 - タッチセンサおよびこれを用いたタッチスクリーンパネル

Info

Publication number: JP6765499B2
Application number: JP2019503178A
Authority: JP
Inventors: ヤン，ジュンモ; イェ，ジェフン; キム，テイル; ケ，ソンフン
Original assignee: ミレナノテック・カンパニー、リミテッド
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2020-10-07
Anticipated expiration: 2037-04-03
Also published as: EP3441856A1; WO2017176014A1; KR20170114648A; CN108885516A; US11003295B2; CN108885516B; EP3441856A4; KR102541112B1; US20200301545A1; JP2019513277A

Description

本発明は、タッチセンサおよびこれを用いたタッチスクリーンパネルに関し、より詳細には、タッチセンサを形成するパターンが非定型に形成されたタッチセンサおよびこれを用いたタッチスクリーンパネルに関する。

タッチスクリーンパネルは、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）、ＯＬＥＤ（ＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）、ＡＭＯＬＥＤ（ＡｃｔｉｖｅＭａｔｒｉｘＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）などの表示装置上に取り付けられるか、表示装置内に内蔵設計される入力装置であり、指やタッチペンなどの物体がスクリーンに接触したときにこれを入力信号として認識する装置である。かかるタッチスクリーンパネルは、近年、携帯電話（Ｍｏｂｉｌｅｐｈｏｎｅ）、ＰＭＰ（ＰｏｒｔａｂｌｅＭｕｌｔｉｍｅｄｉａＰｌａｙｅｒ）、スマートフォン（ＳｍａｒｔＰｈｏｎｅ）などのモバイル機器に多く装着されており、その他にも、ナビゲーション装置、ネットブック、ノートパソコン、ＤＩＤ（ＤｉｇｉｔａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ）、タッチ入力サポート運営体制を使用するデスクトップコンピュータ、ＩＰＴＶ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌＴＶ）、最先端戦闘機、タンク、装甲車など多くの産業分野にわたり用いられている。

タッチスクリーンパネルは、静電容量の変化を感知して入力信号を認識する静電容量式、圧力による抵抗値の変化を感知して入力信号を認識する抵抗膜式、赤外線発光素子と受光素子を用いて赤外線が遮断されるか否かに応じて入力信号を認識する赤外線感知式などがあるが、最も一般的に使用されるものは、静電容量式であり、本発明もかかる静電容量式タッチスクリーンパネルおよびこれを構成するタッチセンサに関する。

一般的に、静電容量式タッチスクリーンパネルは、２枚のタッチセンサが貼り合わされるか、１枚の基板の両面にタッチセンサが形成されることで構成され、タッチセンサは、静電容量の変化を感知するために導線パターンで形成されるが、ディスプレイ装置から出る光を透過する必要があるため、導線パターンは、網のようなメッシュパターンで形成される。ところが、メッシュパターンは、所定の間隔で薄い導線が繰り返して形成された形態であるため、２枚のタッチセンサが重なったときにモアレ現象が生じるという問題があった。

前記のようなモアレ現象を防止するために、本出願人によって出願された従来の非定型センサパターンを備えたタッチスクリーンパネルが「特許文献１」に開示されており、図１に従来の非定型センサパターンを備えたタッチスクリーンパネルの平面図、図２に図１のＡ部分の拡大図が図示されている。

従来の非定型センサパターンを備えたタッチスクリーンパネルは、図１に図示されているように、非定型センサパターン１によりモアレ現象を防止することはできるが、過剰な非定型性によって、図２に図示されているように、ある１ヶ所（ａ領域）ではセンサパターンが密集し、ある１ヶ所（ａ´領域）ではセンサパターンが密集しない。

そのため、センサパターンが密集したａ領域で異物感が発生し、相対的にセンサパターンが密集していないａ´領域によって異物感がより増大する。これによって視認性が低下するという問題が生じる。

すなわち、従来の非定型センサパターンを備えたタッチスクリーンパネルは、定型化したセンサパターンによって生じるモアレ現象を防止するものの、過剰な非定型化によってセンサパターンが密集するしかなく、そのため、異物感が生じるとともに視認性が低下するという問題がある。

本発明は、前記のような問題を解決するために導き出されたものであり、本発明において解決しようとする課題は、モアレ現象の発生を防止するとともに異物感が生しることを抑制することで、良好な視認性を確保することができるタッチセンサおよびこれを用いたタッチスクリーンパネルを提供することである。

本発明によるタッチセンサおよびタッチスクリーンパネルは、モアレ現象の発生を防止するとともに、センサラインの接点がある一領域に密集しないように分布することで異物感の発生を最小化することができ、これにより、異物感の発生によって視認性が低下することを防止することができる。

従来の非定型センサパターンを備えたタッチスクリーンパネルの平面図である。図１のＡ部分の拡大図である。本発明によるタッチセンサの平面図である。本発明によるタッチセンサの平面図である。本発明によるタッチセンサの平面図である。本発明による貼り合わされたタッチセンサの平面図である。

以下、本発明によるタッチセンサおよびタッチスクリーンパネルについて、添付の図面を用いてより詳細に説明する。

本発明によるタッチセンサは、水平方向に延びる複数の第１のセンサラインと、垂直方向に延び、複数の第１のセンサラインと複数の接点で接する複数の第２のセンサラインとを含んでメッシュパターンをなすチャンネルを複数個含んでなる。

図３は本発明によるタッチセンサの平面図である。本発明によるタッチセンサは、基板１０と、基板に形成される複数のチャンネル２０と、チャンネル２０を外部回路と連結する配線パターン３０とを含んで構成され、チャンネル２０の一端に、抵抗測定端子４０、放電端子５０がさらに形成されてもよい。

基板１０は、チャンネル２０および配線パターン３０が形成される基材の一領域であり、透明フィルム、ガラス基板、プラスチック基板など、素材の制限なく使用可能である。特に、基板１０は、透明フィルムで形成されてもよく、透明フィルムは、ＰＥＴ（ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ＰＩ（Ｐｏｌｙｉｍｅｄｅ）、アクリル（Ａｃｒｙｌ）、ＰＥＮ（ＰｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅＮａｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ガラス（Ｇｌａｓｓ）の少なくとも一つを用いて形成されてもよい。

チャンネル２０は、基板１０に複数個が形成され、ユーザのタッチ信号を感知する構成要素であり、図３に図示されているように、一つのチャンネル２０は、水平方向に延びる複数の第１のセンサライン２２と、垂直方向に延びる複数の第２のセンサライン２４とが交差する形態でメッシュパターンをなす。この際、第１のセンサライン２２と第２のセンサライン２４は、多数個の単位ライン２２ａ、２４ａが連続して連結された形態からなる非定型ラインで形成される。本発明によるチャンネル２０は、複数の第１のセンサライン２２と複数の第２のセンサライン２４とが互いに交差することで形成され、これにより、チャンネル２０には４個の頂点｛以下で説明する接点２５と同様｝を有するセル２６が形成される。

図４および図５は本発明によるタッチセンサの平面図であり、図４には接点２５と接点２５との間のセンサラインが直線の場合が図示されており、図５には接点２５と接点２５との間のセンサラインが曲線の場合が図示されている。

以下、第１のセンサライン２２と第２のセンサライン２４が生成されるパターンの条件について説明する。参考までに、図４および図５に図示されているように、複数の水平基準線と複数の垂直基準線からなる仮想の基準メッシュパターン（点線）が形成されているが、これは、本発明による第１、第２のセンサライン２２、２４の基準線であり、本発明の直接的な構成要素ではない。仮想の基準メッシュパターンは、多数個の単位セルからなるが、単位セルは、長方形の形態からなる。参考までに、長方形は、４つの角がいずれも直角である四角形を意味する。また、以下で説明する本発明の実施形態の単位セルは、水平および垂直の長さがそれぞれ５００μｍからなる正方形を基準とする。

先ず、本発明によるタッチセンサは、チャンネル２０が仮想の基準メッシュパターンと重なった場合、第１のセンサライン２２は、仮想の基準メッシュパターンの水平基準線Ｈを中心に±３０％以下の幅の範囲内で可変される。第２のセンサライン２４も同様、仮想の基準メッシュパターンの垂直基準線Ａを中心に±３０％以下の幅の範囲内で可変される。仮に、本発明の実施形態で単位セルの水平および垂直の長さが５００μｍである点を勘案すると、図４に図示されているように、一つの第１のセンサライン２２は、水平基準線Ｈを基準として上方向に１５０μｍ移動した第１の水平基準線Ｈ１と下方向に１５０μｍ移動した第２の水平基準線Ｈ２との間で可変される。同じ原理で、図４に図示されているように、一つの第２のセンサライン２４は、垂直基準線Ａを基準として左側方向に１５０μｍ移動した第１の垂直基準線Ａ１と、右側方向に１５０μｍ移動した第２の垂直基準線Ａ２との間で可変される。つまり、第１のセンサライン２２と第２のセンサライン２４が可変可能な幅は、計６０％である。

また、第１のセンサライン２２と第２のセンサライン２４は、±３０％基準幅を形成する線と接した時にその方向が転換されることで、基準幅を超えないようにする。仮に、第１のセンサライン２２は、第１の水平基準線Ｈ１または第２の水平基準線Ｈ２と接した時にその方向が転換され、第２のセンサライン２４は、第１の垂直基準線Ａ１または第２の垂直基準線Ａ２と接した時にその方向が転換される。参考までに、第１のセンサライン２２または第２のセンサライン２４の方向が転換されるということは、各センサライン２２、２４が対応する基準線Ａ、Ｈとなす刃先角が、＋から−または−から＋に転換されることを意味する｛刃先角の＋、−基準は決め方に応じて異なる。たとえば、第１のセンサライン２２の場合、水平基準線Ｈとの刃先角が水平基準線Ｈの上に形成される場合を＋と決めた場合、水平基準線Ｈの下に形成される場合は−である。また、第１のセンサライン２２と水平基準線Ｈが接しない場合には、任意に、第１のセンサライン２２を延ばして水平基準線Ｈと接するようにしたことを基準として刃先角を決める｝。

上述のとおり、従来の非定型センサパターンのように、過剰な非定型のセンサパターンを有する場合、第１のセンサライン２２と第２のセンサライン２４の接点２５がある一領域に密集することがあり、これにより異物感が誘発され得る。しかし、本発明によるタッチセンサは、第１のセンサライン２２と第２のセンサライン２４の変動幅が仮想の基準メッシュパターンを中心に６０％以下に制限されることから、第１のセンサライン２２と第２のセンサライン２４の接点２５がある一領域に密集しない。したがって、本発明によるタッチセンサは、接点２５が密集することを防止することから異物感を最小化することができ、これにより、異物感の発生によって視認性が低下することを防止することができる。

また、チャンネル２０のセル２６一つの面積は、仮想の基準メッシュパターンの単位セル面積に対して±２０％水準であることが好ましい。すなわち、チャンネル２０のセル２６一つの面積が、仮想の基準メッシュパターンのセル一つの面積に対して８０〜１２０％の面積を有することができる。例えば、仮想の基準メッシュパターンのセルの８０％よりも小さい面積のセル２６と、仮想の基準メッシュパターンのセルの１２０％よりも大きい面積のセル２６が隣接する場合、これは、接点２５がある一領域に密集し得る動機として作用することがある。このように、接点２５がある一領域に密集すると、異物感が生じることがあるが、セル２６一つの面積は、仮想の基準メッシュパターン内の隣接する４個の接点がなす角形の単位基準パターンの面積を基準として−２０〜２０％の変動幅を有することで、接点２５がある一領域に密集することを防止することができる。

また、複数の接点２５のうち連続する５個の接点２５を繋ぐ複数の第１または第２のセンサライン２２、２４は、直線でないことが好ましい。すなわち、４個の接点２５と連結される３個の第１の単位ライン２２ａまたは３個の第２の単位ライン２４ａまでに連続した直線が許容され、第１のセンサライン２２の第１の単位ライン２２ａまたは第２のセンサライン２４の第２の単位ライン２４ａは、同じ方向、同じ角度で４回以上繰り返されない。仮に、４個以上の第１の単位ライン２２ａまたは４個以上の第２の単位ライン２４ａが直線に形成される場合、モアレ現象を誘発する動機として作用し得る。

また、本発明によるチャンネル２０は、第１のセンサライン２２および第２のセンサライン２４の線の幅が２０μｍ以下で形成（加工性および電気伝導性を考慮して少なくとも１μｍ以上）され、一つの単位ライン２２ａ、２４ａの長さは、仮想の基準メッシュパターンの１セルをなす単位線分長さ（５００μｍ）の１５０％以下に形成されることが好ましい。すなわち、本発明の実施形態は、一つの単位ライン２２ａ、２４ａが最大７５０μｍ以下に形成されることが好ましい｛参考までに、視認性に最適化した単位ライン２２ａ、２４ａの長さは、５００μｍである｝。これは、視認性が低下することを防止するためであり、第１のセンサライン２２および第２のセンサライン２４の線幅が２０μｍを超えて形成されるか、単位ライン２２ａ、２４ａの長さが７５０μｍを超えて形成されると、接点２５が密集して構成される恐れがあり、これによって視認性が低下することがあるためである。

また、図４に図示されているように、第１のセンサライン２２および第２のセンサライン２４が非定型の直線形態からなる場合、単位ライン２２ａ、２４ａの角度は３０゜以下に形成される。すなわち、第１の単位ライン２２ａの場合には、仮想の基準メッシュパターンの垂直基準線Ａに対してその刃先角が３０゜以下に形成され、第２の単位ライン２４ａの場合には、仮想の基準メッシュパターンの水平基準線Ｈに対してその刃先角が３０゜以下に形成される。

一方、本発明による第１のセンサライン２２および第２のセンサライン２４は、図５に図示されているように、曲線に形成され得るが、この場合にも上述のそれぞれの規則が適用される。

図６は本発明による貼り合わされたタッチセンサの平面図であり、上述のようなタッチセンサ２枚を貼り合わせて一つのタッチスクリーンパネルを構成することができる。本発明によるタッチセンサ２枚が貼り合わされると、収率およびＥＳＤ（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）耐性率が向上するが、以下の表により詳細に説明する。

表１は従来の貼り合わされたタッチセンサと、本発明による貼り合わされたタッチセンサの収率を比較したものであり、表２は従来の貼り合わされたタッチセンサと、本発明による貼り合わされたタッチセンサのＥＳＤ耐性率を比較したものである。表１を参照すると、収率が８９．０％から９７．４％に向上したことを確認することができ、表２を参照すると、ＥＳＤ耐性率が３６．０％から８８．０％に向上したことを確認することができる。これは、従来よりも多数の接点２５区間を確保することで、断線の発生率が減少し、これにより、不良率が減少し、且つＥＳＤに対する耐性が増加したと考えられる。

配線パターン３０は、チャンネル２０から感知したタッチ信号を外部回路（図示せず）に伝達する構成要素であり、基板１０に形成されたチャンネル２０の一端に連結される。

抵抗測定端子４０は、センサパターン２０の配線パターン３０と連結されていない側端、すなわち、チャンネル２０の両端のうち配線パターン３０と連結された端を一端としたときに、その他端に形成され、電極の断線または抵抗の増減有無などの検出に使用される。

具体的には、配線パターン３０に電流を印加しながら抵抗測定端子４０で測定された電圧を用いて配線パターン３０に連結されたセンサパターン２０または配線パターン３０の断線および短絡されたか否かを判断することができる。仮に、抵抗測定端子４０で測定された電圧が予め設定された正常値よりも低く測定された場合、チャンネル２０が断線されたことと判断することができ、測定された電圧が正常値よりも高く測定された場合、チャンネル２０同士の短絡が生じたと判断することができる。

放電端子５０は、チャンネル２０の配線パターン３０と連結されていない側端、すなわち、チャンネル２０の両端のうち配線パターン３０と連結された端を一端としたときに、その他端に形成され、チャンネル２０に誘導された静電気を放電させる構成要素である。

一方、チャンネル２０は、基板１０内に埋め込まれた形態、すなわち、凹状に形成され得る。凹状にチャンネル２０が形成される場合、センサパターンが形成された基板をロール（ｒｏｌｌ）に巻き、基板をロールから解きながら凹状に伝導性物質を充填した後、またロール（ｒｏｌｌ）に巻くロールツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）方式を用いることができることから工程が便利で、大量生産に適する。

Ｈ水平基準線
Ｈ１第１の水平基準線
Ｈ２第２の水平基準線
Ａ垂直基準線
Ａ１第１の垂直基準線
Ａ２第２の垂直基準線
１０基板
２０非定型センサパターン
２２第１のセンサライン
２２ａ第１の単位ライン
２４第２のセンサライン
２４ａ第２の単位ライン
２５接点
２６セル
３０配線パターン
４０抵抗測定端子
５０放電端子

Claims

複数の第１のセンサラインと、前記複数の第１のセンサラインと複数の接点で接する複数の第２のセンサラインとを含んでメッシュパターンをなすチャンネルを複数個含んで構成され、
前記チャンネルは、複数の水平基準線と複数の垂直基準線が重なる長方形状の多数個の単位セルを含む仮想のメッシュパターンを基準として形成され、
前記第１のセンサラインは、前記水平基準線に対し所定幅の範囲内で可変的に形成される非定型ラインであり、前記第２のセンサラインは、前記垂直基準線に対し所定幅の範囲内で可変的に形成される非定型ラインであり、
前記第１のセンサラインが複数の第１の単位ラインを含み、前記第２のセンサラインが複数の第２の単位ラインを含み、４個以上の連続する第１の単位ラインまたは４個以上の連続する第２の単位ラインが少なくとも一つの方向において転換されており、
前記第１のセンサラインが前記水平基準線について刃先角の符号を転換しない３個の連続する第１の単位ラインを含み、前記第２のセンサラインが前記垂直基準線について刃先角の符号を転換しない３個の連続する第２の単位ラインを含み、
前記第１のセンサラインは前記水平基準線について前記所定幅に対応している第１の水平基準線または第２の水平基準線に達したときに前記第１のセンサラインの方向が転換され、前記第２のセンサラインは前記垂直基準線について前記所定幅に対応している第１の垂直基準線または第２の垂直基準線に達したときに前記第２のセンサラインの方向が転換されることを特徴とする、タッチセンサ。
前記第１のセンサラインは、前記水平基準線に沿って形成され、且つ前記水平基準線を中心に±３０％の幅の範囲内で可変的に形成される非定型ラインであり、
前記第２のセンサラインは、前記垂直基準線に沿って形成され、且つ前記垂直基準線を中心に±３０％の幅内で可変的に形成される非定型ラインであり、
所定幅の前記範囲が±３０％に設定され、前記３０％の幅が、前記単位セルの一辺の長さを基準とすることを特徴とする、請求項１に記載のタッチセンサ。
前記第１の単位ラインと前記水平基準線との間の前記刃先角が３０°以下であり、前記第２の単位ラインと前記垂直基準線との間の前記刃先角が３０°以下であることを特徴とする、請求項１に記載のタッチセンサ。
前記第１のセンサラインは、多数個の第１の単位ラインを含み、
前記第２のセンサラインは、多数個の第２の単位ラインを含み、
前記第１の単位ラインまたは前記第２の単位ラインが直線であることを特徴とする、請求項１または２に記載のタッチセンサ。
前記第１のセンサラインが直線をなしている前記３個の連続する第１の単位ラインを含んでおり、
前記第２のセンサラインが直線をなしている前記３個の連続する第２の単位ラインを含んでいることを特徴とする、請求項１または２に記載のタッチセンサ。
前記第１の単位ラインおよび前記第２の単位ラインは、その長さが前記単位セルの一辺の長さに対して１５０％以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載のタッチセンサ。
前記チャンネルのメッシュパターン内の隣接する４個の接点がなす図形の単位パターンの面積は、前記仮想の基準メッシュパターンの一つの単位セルの面積に対して−２０％から＋２０％の変動幅を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のタッチセンサ。
前記第１および第２のセンサラインの線幅が１〜２０μｍの間で形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のタッチセンサ。
請求項１または２に記載のタッチセンサの２枚が貼り合わされて構成されることを特徴とする、タッチスクリーンパネル。